我家現在有三臺 Wi-Fi 路由器,其中有兩臺是與光貓直接連接的,另外的一臺則以無線橋接的方式對剩余的空間進行了覆蓋,這樣便能走到哪里都有 Wi-Fi 信號了,確保了網絡連接的無處不在。我的與光貓連接的路由器里有一臺是屬于 Wi-Fi 6 規格的,但我并不屬于需要高速連接的那一類人,幾乎從不玩游戲,手機好像也不支持 Wi-Fi 6 規格,所以 Wi-Fi 6 的好處我其實是感受不到的,但這東西對那些骨灰級的游戲玩家或是超高清晰度的電視用戶來說可能就是必要的了,因為他們有龐大的數據交流的需要,而且還需要有及時性的需求,稍有延時可能就意味著卡頓或是一次行動的失敗,這對有的人來說可能就是要命的事情。
雖然 Wi-Fi 在 1999 年就出現了,但 Wi-Fi 6 是 2018 年才誕生的一個名詞,在此之前并無 Wi-Fi 5 之類的更早的東西,那時的我這樣的普通人只能看著 Wi-Fi 設備上寫的符合 IEEE 802.11/a/b/g 之類的字符串,完全不知道在說什么,直到 Wi-Fi 聯盟覺得應該用一個簡單的數字來讓我們有一個清晰的代際劃分,這才有了 Wi-Fi 4-6 的出現,它們其實就是 IEEE 802.11 無線互聯網技術的一個實現,所以我覺得這個東西就是先有了兒子才有了父親,然后現在孫子又出來了,那就是 Wi-Fi 7。
要了解 Wi-Fi 7,需要先對前面的幾代 Wi-Fi 技術有一個基本的了解,所以我把自己收集來的相關資料放在下面的表格里做個參考:
作為普通消費者,上述信息中我們最容易感知到的可能是最大速率的變化,從最早的 2Mbps 到 Wi-Fi 6 的 9608Mbps 即 9.6Gbps,這個提升可不是一點點,下一代的 Wi-Fi 7 還要再提升幾倍到 46Gbps,傳輸上的延時往往有十幾倍的降低,我的感覺就是啥需求都能滿足了,當然這只是針對我個人來說的,當有眾多的消費者匯聚在一起玩 AR/VR 相關的活動時,這樣的速度可能還是會有出現不足的可能,必須將每個 AP 的覆蓋空間進一步縮小,以便所有的需求都能滿足,而 6GHz 頻段的使用可能就是為滿足這樣的需求而生的,因為高頻段的信號傳輸距離很短,而頻帶又很寬,能夠承載的信道數就很多,可以同時收發很多數據,而相鄰小區之間的信號干擾卻比較小,再加上從 Wi-Fi 6 開始使用的基站服務的染色機制的使用,信道的使用效率就提高了,避免了不必要的浪費。
為了進一步認識 Wi-Fi 的全新特性,下面嘗試著對表中的關鍵字做些解釋。
無線信息的傳播并非有多寬的頻帶就要用多寬,它需要將一個頻帶分為很多個信道,每個信道里都可以有多個載波被用來傳遞信息,信息通過調頻、調相、調幅或是它們的結合的方式被調制到載波上,接收端收到以后再解調就可以獲得原始信息了。一定的數碼率加上調制的方式決定了調制后的載波信號需要占用的帶寬,通過計算就可以知道一個確定的信道可以容納的載波數。載波上所傳輸信號的調制方式為 QAM,這是一種調相加調幅的調制方式。常見 Wi-Fi 6 廠商用下圖來表示 Wi-Fi6 的好:
這個圖到底在說什么呢?它其實是對信號調制方式的一種空間分布的表達,本來應該是圓形的(它的計算公式大概是這樣的:a*cos(wt+φ) + i*b*sin(wt+φ),改變 a、b 和 φ,它的矢量位置就發生了改變),可能是為了方便就借用矩陣的表達形式而變成了正方形。其中的每一個點都對應一個角度,它說的是這個信號的相位;每個點也有一個相距于坐標軸中心點的距離,它對應的是這個信號的幅度。你只要能在得到這個信號以后判斷出它的幅度和相位,它所對應的原始數據也就被解讀出來了,實現這個的過程就是解調,而制造出這個信號的過程就是調制。調制是發送端的任務,解調是接收端的任務,這個分工是非常明確的,Wi-Fi 通訊的雙方都需進行調制和解調的工作,因為它們的角色是隨時變換的。
Wi-Fi 5 用 256 個點占用了一個空間,其中可以容納 8 位二進制數據;Wi-Fi 6 用1024 個點占用了同一個空間,其中可以容納 10 位數據;Wi-Fi7 對應的數據是 4096,其中可以容納的就是 12 位,所以有更高的數據攜帶能力。隨著 QAM 數據的提高,不同的點與點之間的間距也越來越小,分辨起來也更難,所以要求的信噪比會更高,作為電源解決方案的提供者,我能想到的就是需要提供更高精度和穩定度的電源供應,否者對系統的設計者來說新的應用也就是個災難,因為他要解決的問題實在是太多了。
由數據的調制方式可見 Wi-Fi 在傳遞數據的時候是不用 bit 位的概念的,它一出手就是一個字節以上的數據,所以有極高的數據傳遞效率,但這個僅是在一個載波上發生的事,實際的動作還可以在多個載波上同時發生,那就是并發的了,進一步將數據傳遞效率推升。
但這個時候就有一個疑問出現了,不是每一個應用都有那么多的數據需要長時間占用那么多的空間傳輸啊,這樣占用載波不是很浪費嗎?確實是的,早期的 Wi-Fi 就是這么做的,它將某個信道分配給某個設備使用以后的一個時間段里就只能這樣了,即使它的數據已經傳完了也還在繼續占用該信道,直至這個時間段結束,而 Wi-Fi 6 的做法是在傳輸的數據中加入收發端的用戶信息,只有指定的用戶才能發送和接收,完全是根據應用的需要來處理的,相關的宣傳資料是這樣來表達它的工作方式的:
Wi-Fi 6 開始使用的 OFDMA 是一種單點對多點進行通訊的技術,它將一定寬度的信道劃分為不同的資源單元 RU,每種 RU 含有前面說過的子載波的數量也不同,最少的有 26 個子載波(26-tone RU),最多的有2x996 個子載波(2x996-tone RU),分配給不同用戶的 RU 數量是根據應用的需求來決定的,但絕不會如舊的 Wi-Fi 那樣把整個信道都交給某個用戶使用(那就是原來使用的 OFDM),用戶當前的任務完成以后其掌握的 RU 就會被重新分配,因而不會有資源浪費的問題,與我們常見的公共交通運輸系統非常相像。如果將 OFDMA 和 OFDM 進行比較,下圖是比較形象的:
Wi-Fi 6 的最大信道帶寬為 160MHz,如果將其全部劃分為最小的 26-toneRU,每個 tone 即子載波的帶寬為 78.125kHz,整個信道里可以容納 74 個用戶同時通信。不同信道寬度的 RU 劃分如下表所示:
到這里,我們可以對 OFDMA 所提供的服務做一個總結,它是一種將信道空間劃分為多個 RU,每個 RU 里含有多個載波的多通道數據并發傳輸技術,是對頻域空間、相位空間和幅度空間的一種綜合利用,再結合多地址編碼實現了多用戶的同時服務技術。
除此以外,Wi-Fi 還利用了另外一種基于物理空間的并發技術,這便是 MU-MIMO。這是因為單根天線的數據傳輸容量是有限的,當擁有多根天線的無線路由器與我們常用的單天線或雙天線設備如手機連接時,多余的天線就被浪費了,這時就要使用不同的天線來與不同的手機連接以提高物理空間的利用率。MU 的意思就是多用戶,MIMO 的意思就是多輸入多輸出,輸出端可以用多根天線輸出多個不同的數據流,接收端也可以用多根天線接收一個或多個數據流,可以帶來空間分集、空分復用等新的特性,極大地提高數據傳輸的效率和可靠性。
何為TMT?
作為電源管理方案的提供者,我們會非常關心數據收發系統的功率消耗,這個問題在以電池作為供電來源的移動設備中尤為重要。Wi-Fi 6 通過 OFDMA 和 MU-MIMO 技術以極高的速度完成數據傳輸,傳輸完成以后的設備處于什么狀態?它怎么知道對方會在什么樣的下一個時刻呼叫自己?它在這么等待的時候需要消耗多少功率?如果功率消耗不能降到最低去度過等待的過程,那些通訊需求極少的設備要如何設計自己的供電系統?TMT 就是用來解決這個問題的。
隨便舉個例子,一臺 IoT 設備也想通過使用 Wi-Fi 協議來完成自己的聯網過程,實際上我最近購買的很多家用電器都已經這么做了,我覺得即使它們每一分鐘只需要通過網絡與我的手機 APP 通訊一次也已足夠滿足我的及時性需求了,這時候它就可以把自己的這個需求的時間特性通知家里的Wi-Fi 路由器,路由器就會每間隔一分鐘與之交流一次,由于需要溝通的信息非常少,這個時間會非常短,每次完成交流以后就都不會再打擾對方,然后又都在一分鐘以后進入與對方溝通的時段,其他時候它就可以處于最大程度的待機狀態,從而將本機的耗電降到最少,而這個特性便是TMT 所提供的。
Wi-Fi 7 提供的新機會
寫到這里,我覺得我對 Wi-Fi 6 的描述已經基本可以結束了,雖然我并沒有把可以說的東西都說完,但我覺得基本的理解應該是夠的,而最新的 Wi-Fi 7 將為我們帶來更多更好的特性,這個從前文所提供的數據和說明里已經可以看出來。雖然正式的 Wi-Fi 7 標準還沒有發布,這要等到 2024 年才能成為現實,但是 Wi-Fi 市場從 2003 年 802.11g 發布之前就被 Broadcom 根據標準草案供應方案而形成了產品提前進入市場的慣例,所以我們已經可以看到這個市場的玩家們已經開始行動了,而立錡為之準備的電源解決方案也已就緒,下面我就把兩個方案所需要的東西放在下面供大家參考:
圖:MTK Wi-Fi 7 解決方案的電源解決方案
圖:另一個 Wi-Fi 7 平臺的電源解決方案
部分可用產品清單:
?RT6242B | 4.5V~18V 輸入,0.7V~8V輸出,12A 最大輸出的 ACOT Buck 轉換器,具有可調限流和軟啟動。 |
RT5789B | 2.5V~6V 輸入,0.6V~6V 輸出,6A 最大輸出的 ACOT Buck 轉換器,以 TSOT-23-8 和小尺寸 UDFN-8L 2.5x2 兩種封裝供貨。 |
RT6274C/D | 4.5V~18V 輸入,0.765V~7V 輸出, 3.5A 最大輸出的 ACOT Buck 轉換器,具有上下橋過流保護。(C: PSM/D: PWM) |
RT9078 | 1.2V~5.5V 輸入,0.8V~3.45V 輸出, 0.3A 最大輸出的線性穩壓器,輸入輸出最小電壓差為 150mV @ 0.3A。 |
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:Wi-Fi 的發展歷程和 Wi-Fi 7 的電源解決方案
文章出處:【微信號:RichtekTechnology,微信公眾號:立錡科技】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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